近十餘年來，由於各地城網改造的普遍展開，預裝式變電站大量出現在城市的市政道路旁與社區建築中。傳統的預裝式變電站殼體常常採用鋼板或複合板製造，結構形式和造型單一，耐腐蝕性差，隔熱與通風散熱效果也不佳，還常常成為街頭塗鴉和粘貼小廣告的彙集地，造成了視覺污染，更破壞了城市環境。怎樣從總體上改變預裝式變電站的結構設計已成為城市建設的重要問題。
本文就預裝式變電站殼體的現狀歸納了存在的主要問題，並針對問題提出了主要的解決方案。結合對非金屬殼體預裝式變電站和金屬殼體預裝式變電站進行對比分析和實驗研究。指出殼體「底進頂出」的通風結構方式，是解決常規「側進側出」通風結構方式散熱效果不佳問題的有效方法。分析了GRC殼體預裝式變電站設計中遇到的問題和解決辦法，並詳細介紹了GRC殼體預裝式變電站的特點和需要注意的主要問題。
預裝式變電站殼體用材及通風結構方式的改變，不僅對該類產品性能的改進起到關鍵的作用，還將對相關產品的設計和製造產生較大的影響。
1預裝式變電站殼體現狀
1.1預裝式變電站殼體分類
多年來，國內製造的緊湊型預裝式變電站產品，其結構的原型是來自十幾年前歐洲的同類產品。當時，該類產品結合中國廠家的加工能力，在很多方面進行了簡化處理。這些產品在結構與用材上大致可分為以下幾個類型。第一，殼體通常採用金屬板材加工，有沉箱式緊湊型結構和全地面平置式結構，表面噴塗處理。第二，應用有水泥材料的箱體，全地面平置結構，其門體為複合材料，表面塗敷建築塗料。第三，主要採用複合板材加工，全地面平置結構，框架表面塗漆處理，其餘為材料自然表面。以上三類產品的通風結構基本上採用「側進側出」式。
1.2預裝式變電站殼體存在的問題
第一，對於金屬材料製造的箱體，易發生因表面塗層質量不高造成的鏽蝕。第二，對於普通水泥材料製造的箱體，其門體因多為複合板材加工而成，結構強度低且與整體外觀不協調。第三，對於以複合板材為主製造的箱體，整體結構強度不高且外形美觀性較差。第四，上述幾種箱體因通風結構相同，均為「側進側出」，散熱效果普遍不佳。第五，上述各種材料的箱體，因表面處理工藝等原因而無法避免因亂塗鴨和亂粘貼而造成的城市視覺污染。
1.3解決方案
1.3.1殼體材料選擇
選擇防腐性能好且具有一定加工性能和足夠機械強度的材料。可供選擇的材料諸如：GRC、SMC、金屬板內襯外掛水泥預製裝飾板等。
1.3.2結構設計及工藝方案
針對所選定的材料，研究制定和組織實施相關結構設計及工藝方案。例如：針對GRC材料，需要解決預製件模具、構件的結構設計與製造工藝、構件的裝配工藝和實現殼體構件功能化的方案。
1.3.3通風散熱方式的選擇
改變「側進側出」的通風結構為「底進頂出」的通風結構。
1.3.4表面形狀及塗層
對於外表面需要裝飾塗層的GRC構件，為了有效地扼制「兩亂」現象造成的不良影響，殼體表面形狀應製成凸凹不平狀，在色彩塗層外再塗以防粘貼、防塗鴉塗料。
2解決方案的理論推導與實踐驗證
2.1解決方案所涉試品的實施內容
試品的結構類型為沉箱「目」字排列緊湊型預裝式變電站，試品的沉箱部分由鋼板及型鋼焊接而成，地面部分構件為GRC結合耐火隔熱材料以及預埋金屬件構成。試品的沉箱部分塗敷底漿漆及外敷黑色瀝青漆，GRC構件外表面塗敷彩色建築塗料及JF系列防粘、防塗鴉塗料。
2.2GRC及其應用
2.2.1GRC
耐鹼玻璃纖維是GRC的肋筋材料，是100無機纖維。它的特點是質輕、能有效抵抗水泥中高鹼物質的侵蝕，耐鹼性好，握裹力強，彈性模量、抗衝擊、抗拉、抗彎強度極高，不燃、抗凍、耐溫度濕度變化能力強，抗裂、抗滲性能卓越，具有可設計性強、易成型等特點，是廣泛應用在高性能增強混凝土中的新型建築材料。在混凝土中加入玻璃纖維，可有效提高混凝土基體的抗拉強度、抗彎強度、抗裂抗滲性能，改善混凝土基體的韌性和抗衝擊性。該構件材料與SMC等非金屬材料相比，在製作箱站等大型設備殼體方面自主加工性強，構件不必拼接，整體性好，即便出現內部燃弧等火災情況時也不可能有坍塌等風險。
2.2.2GRC構件的構成
水泥（混凝土）構件內置用不可燃隔熱材料（可選用諸如：人造無機纖維岩棉或浮石泡沫玻璃保溫材料或玻璃絲纖維水泥混合體等夾層填料）形成的隔熱層、鋼筋網和預埋金屬件，且在水泥構件鋼筋網間有尼龍編製密網。
2.3兩種預裝式變電站殼體通風結構的比較
採用「側進側出」或「底進頂出」通風結構的兩種預裝式變電站殼體，在通風方式上同屬於置換式通風，只是其通風結構不同。試品水泥殼體預裝式變電站的通風結構為「底進頂出」式，而通常金屬殼體預裝式變電站的通風結構基本上為「側進側出」式。
「底進頂出」式預裝式變電站的進、排風口有效面積雖然比同種規格的「側進側出」式預裝式變電站的進、排風口有效面積還要小些，但是「底進頂出」式預裝式變電站的換氣量較「側進側出」式預裝式變電站的換氣量要大。因此，可以得出這樣的結論：「底進頂出」式預裝式變電站的通風效果好於「側進側出」式預裝式變電站的通風效果。
3GRC箱式變電站殼體設計中的問題及解決辦法
3.1GRC箱式變電站殼體設計中的問題
3.1.1門體
門體作為殼體中重要的結構件，在實現採用GRC材料時，帶來了一系列問題：其一，門體是一個可活動的運動功能件，要求開啟輕便靈活，關閉鎖位置準確。由於採用了GRC材料，其密度為2.7kg/m3，儘管是緊湊型的小尺寸箱式變電站，每扇門的質量也有百餘千克，實現上述運動要求和位置校正難度很大；其二，如此重的門體在遇到損壞需更換時，其連接件的拆裝具有相當大的難度；其三，此種門體開啟后的定位和其與殼體間的密封方式也需要解決。
3.1.2頂部
頂部構件重量較大，安裝時需要起吊，通常突出的固定吊具破壞了箱變殼體外觀的整體效果。
3.2GRC箱式變電站殼體設計中問題的解決方法
3.2.1門體問題的解決辦法
採用承載能力高的端軸方式，門軸與門框形成鉸鏈鏈接；水泥門板上部端軸採用可軸向滑動式軸桿和固定式軸套方式，能有效地實現對軸桿的徑向約束，為便捷地更換門體創造條件；水泥門板下部端軸採用可軸向滑動式軸桿和軸向止推軸承承載方式，下部端軸桿的端部有端鍵，下門框軸向止推軸承上有一個短軸，此軸下端部階梯軸外軸面與軸向止推軸承上座圈內孔壁過盈配合，上端部有與端鍵相配合的孔和鍵槽，可以使門下端軸桿有效的定位到軸承上；水泥門板下部端軸的軸向止推軸承座側設有軸承徑向調節螺釘，可用於調節門軸位置以端正門體。此外，在軸向止推軸承下座圈的托板上還設置了泄水孔。
3.2.2頂部吊裝掛接方式的改進措施
箱體頂蓋沉重，安裝與拆卸時需要起吊。為了實現頂蓋的吊裝，在頂蓋上設置有吊裝掛接構件。出於外觀要求，吊裝掛接構件需要隱蔽，所採用的方式有兩種。
一是球頭掛環結構。當頂蓋安裝完畢后，撤出彈簧銷將球頭掛環取下，取下球頭掛環單獨存放，使整個箱體外觀更加協調美觀。
二是吊裝環結構。吊裝完畢后，可將旋合在吊裝掛接構件螺旋桿上的螺旋起吊環取下，單獨存放。用一個呈圓弧頂且具有內螺紋的防腐外罩將其扣住，以此來保護螺栓不被腐蝕。
3.2.3門邊的密封和門開啟角度的定位支撐
門體與門框體間裝有定位支撐結構，開啟部分與對應固定殼體接觸邊緣處裝有密封件，門體鉸鏈側邊部設計有倒角，避免了門開啟始於門框邊緣發生乾澀。這些措施結合門體端軸的結構特點，使得門體獲得了有效的密封和輕鬆開啟后的準確定位效果。
3.2.4箱體外表面的防「兩亂」處理
3.2.4.1箱體外表面的形狀設計
在箱體外表面設計上，除可設計為實驗樣品如金字塔形方錐凸起外，還可以做成許多有規則的外表面形狀。此類表面，可以明顯減小粘貼的面積，將使粘貼效果大打折扣。
3.2.4.2箱體外表面塗料的選擇
實驗用樣品為JF系列防「兩亂」無色塗料，經實驗檢驗效果較好。2007年初，部分街區試運行的箱體外壁表面雖有遭污損的情況，但均沒有留下永久的痕迹。該塗料的基本原理為應用低表面能高分子樹脂的合成技術；通過控制有機硅單體、丙烯酸類單體、三氟偏乙烯的比例，使樹脂具有防粘、防寫、耐候、耐摩擦的功能。從技術指標看，該塗料具有較低的表面張力，能夠抵抗不幹膠紙或其它膠粘劑的粘附；該塗料能夠抵抗有機溶劑，使油性筆墨水無法侵入到塗層內部，又由於較低的表面張力，使之易於去除；該塗料不含醚類、苯、酮、甲醛類等有污染的有機溶劑，不排放有毒氣體，具有良好的安全性和環保性；該塗料具有丙烯酸氟碳、有機硅樹脂互補的特點，成膜硬度、耐熱性、耐水性、耐紫外線、耐酸雨、耐鹽霧性較好，使用壽命得到延長。據了解，該種塗料的有效作用期不低於2年。
4採用GRC殼體需要注意的問題
在選用GRC作為殼體材料時，須注意下列三個方面的問題。
其一，用於製造箱體的GRC材料，其加工性能與金屬板材尚有差距，對成型模具的依賴性較強，對於非標產品的適應性較差，加工周期長。
其二，殼體構件加工工藝較為複雜，定製模具、預埋鋼結構加工、噴注用於製造箱體的GRC材料，其加工性能與金屬板材尚有差距，對成形模具的依賴性較強，對於非標產品的適應性較差，加GRC材料、高溫養護、修形、部件配裝、調整等等，這些環節均對最終的產品外觀和性能產生影響，不易控制。
其三，因為GRC本身屬脆性材料，質量較大，對吊裝、運輸均有較高要求，容易造成表面磕碰傷。
5結束語
5.1GRC「底進頂出」通風結構預裝式變電站殼體的特點
GRC預裝式變電站殼體有以下特點：實現了該種成套設備地面主體部分的全非金屬結構；通風降溫採用「底進頂出」的方式，使風徑通過熱源，充分提高散熱效率；水泥門板的鉸鏈採用端軸方式，上端選用徑向軸套約束，下端選用軸向止推軸承承載，轉動靈活輕巧；為便捷地更換沉重地水泥門板，作為鉸鏈的上下端軸被設計成可實現軸向伸縮的結構；使其滿足了使用的牢固性與高效的更換性要求；門板鉸鏈附加軸位調節裝置，用以校正門位；頂部吊裝採用球頭掛環掛接原理，無吊裝板；表面塗敷有長效防粘貼塗料，避免亂貼亂塗造成的城市視覺污染。
本文所探究的具備以上特點的GRC預裝式變電站殼體，其相應專利申請已於2006年由國家知識產權局通知受理。
5.2預裝式變電站殼體結構研究結果的啟示及影響
預裝式變電站作為配電網設備，在今後相當的時間內還將是各個開關製造企業生產的對象。上述研究結果表明，預裝式變電站殼體結構設計的優劣，對其使用和散熱性能具有決定性作用。預裝式變電站殼體的材料選擇，與其使用的環境和用戶的要求有直接的關係。金屬材料較GRC材料，就加工性而言，金屬的優勢是毋庸置疑的。GRC預裝式變電站殼體雖其加工過程中的工藝環節較為複雜，但其優異的隔熱和防腐特性，在夏季燥熱的環境中以及面對相對惡劣的戶外環境會有更優的表現。本文所進行的殼體通風結構的比較，對於以往普遍採用的「側進側出」通風結構模式的效果提出了質疑。經過理論和實踐的探究，得出了「底進頂出」的通風結構較之「側進側出」通風結構散熱效果更佳的結論。那些圍繞因材料產生變化而需要採用的結構措施，僅僅是為了滿足使用功能和外觀視覺效果要求的需要，因此解決的方案是多種多樣的。作為一種散熱的通風方式，「底進頂出」的通風結構不限於用在GRC預裝式變電站殼體上，把這種結構應用在以金屬為材料的殼體上仍會有同樣的效果。
